深度学习赋能中考物理总复习演示实验创新

摘要

新课标强调以学生为本、以素养为导向，侧重培养学生在真实情境中分析、解决问题的能力。中考物理总复习需摒弃“机械填鸭式”的教学模式，创新设计适用于单元复习的“实验串”，以实验为媒介建构学科知识体系，让学科知识内化于心、外化于行，促进深度学习的实现。

Graphical abstract

关键词

深度学习 / 中考物理总复习 / 演示实验 / 压强 / 创新 / 单元复习

《义务教育物理课程标准（2022年版）》突出问题导向作用，强调真实问题情境，建议教师要树立教学的整体观，注重教学的整体设计，培养学生的物质观念^［1］。因此，“如何创设真实情境，激发学生思考”“如何整合情境素材构架知识板块”“如何培养学生物理学科核心素养”等问题，成为中考物理复习课亟待解决的现实任务。要想实现初中物理教学价值取向的变迁，教师需要转变教学理念，改变教学行为，更新教学知识^［2］。

深度学习作为解决教学现实问题的有效手段，能促进教学观念的转变、学生学习方式的改进，以便培养学生的核心素养。复习课很容易跟“炒冷饭”画上等号，要摆脱复习课单一的教学形式，可以在复习环节穿插创新开发的“实验串”。借助创新优化的“实验串”，给学生提供全新的学习视角，引导学生重新审视旧知，有效激发学生自主学习意识，降低物理概念和物理规律的学习难度，促进知识板块的构建，盘活复习课堂。基于深度学习理念创新设计的“实验串”，以实验为载体搭建单元复习的知识框架，可以有效避免大量枯燥、碎片化的概念堆砌，降低思维难度，增加思维密度，达到高效复习的目的。

1 立足课标和教材，搭建单元复习的知识框架

深度学习是指在教师的指导下，学生围绕具有挑战性的学习主题，通过积极地探究实践，深度掌握学科核心知识，并运用该知识解决实际问题^［3］。在实际教学中，教师的作用不是帮助学生填满知识的储蓄罐，而是点燃智慧的灯火。因此，学习活动的设计强调的不是教师安排“讲授”内容，而是思考“学习”的计划^［4］。课标中属于理解层次的内容要求只有4条，“压强”就是其中一条，足以证明“压强”概念的重要性和本身的学习难度。“压强”单元复习的核心在于压强概念的重建，从本质上掌握压强概念就像打通该章复习的“任督二脉”，复习目标的达成自然水到渠成。根据课标要求和教材内容，该单元的知识框架如图1所示。

2 围绕核心内容，精心设计环环相扣的“实验串”

初中生对事物的认识方式以感性认识为主，实验作为一种经验认知方式，是初中物理教学的基础^［5］。在中考总复习中融入环环相扣的“实验串”，可以扭转传统复习课平铺直叙的局面，调动学生的学习热情，触发深度学习的开关。由此引申出，只要紧扣“压强”单元的知识框架，创新设计适用于单元复习的真实实验情境，就能为学生提取、运用知识创造机会。

【创设实验情境1】取两个完全相同的物体（均由64粒边长为1 cm的正方体磁铁构成），同时以横竖两种方式放在相同的橡皮泥上（图2），观察现象。

【设计问题串】①在物体和橡皮泥的接触面上会出现什么现象？②解释出现这个现象的原因？③请估测此时右侧物体对橡皮泥的压强大小。

设计意图：深度学习动机来源于学习者的内心深处，通过实验1激发学生的求知欲，层层设问，促使学生思维外显。将两个完全相同的物体以横竖两种方式置于相同的橡皮泥上，取下物体后，会在橡皮泥上留下肉眼可见的深浅不一的印迹，让学生直观感知压强这一概念。接着，引导学生对现象进行解释，从而加强学生对压强定义的理解。最后，鼓励学生大胆估测此时右侧物体对橡皮泥的压强，从数值上再次感知压强。同时，第③问的设计巧妙地引出了转换法在间接测量压力中的应用，引导学生将物体对橡皮泥的压力转换为橡皮泥对物体的支持力，再对物体进行受力分析，即可间接求出压力大小。

【创设实验情境2】如图3所示，将探头与U形管相连，保持橡皮膜朝上且固定在支架上；将探头和支架置于烧杯中，逐渐往烧杯内加水。

【设计问题串】①根据压强知识推断，随着烧杯中水面上升会出现什么现象？②根据压强定义式p=\frac{F}{S}解释原因。③根据图3-b的提示，结合p=\frac{F}{S}、G=mg、\rho =\frac{m}{V}和V=Sh这几条公式，对压强定义式进行推导。

设计意图：为了更直观地探究液体内部压强的特点，将微小压强计稍加改变，使探头橡皮膜朝上固定在容器下端，逐渐往容器中注水，可以直观观察到U形管两侧液面出现高度差。这一现象可以帮助学生顺利调取液体内部压强特点的知识点。接着，引导学生借助图3-b的提示，从压强定义出发解释实验现象，帮助学生再次经历从p=\frac{F}{S}到p=\rho gh的推导过程，从而搭建固体压强与液体压强的关联。

【创设实验情境3】将实验2中连接U形管的橡皮管取下，用细铁丝引流，借助胶头滴管往U形管单侧注入红墨水，可以观察到——当U形管内液面静止时，U形管两侧液面始终处于同一高度（图4）。图中p_右表示右侧液体施加水平向左的压强，p_左表示左侧液体施加水平向右的压强。请根据p=\rho gh解释出现这一现象的原因。

设计意图：实验3是为了进一步强化液体压强的概念，并引导学生从液体压强角度解释“当液体不流动时，连通器各部分中的液面高度总是相同”的原因，以期扭转学生死记硬背结论的学习习惯，从而促进深度学习。

【创设实验情境4】用橡皮管将一根胶头滴管与玻璃管（上端开口）连接成如图5所示的装置。

【设计问题串】①该装置是否属于连通器？请简要说明判断依据。②将该装置放入真空罩中，当逐渐抽除真空罩中的空气时，可能会出现什么现象？③这个实验证明，大气压是存在的。那1个标准大气压有多大？最早测出大气压值的是哪个实验？④借助图6，你认为用水银替代水测量大气压数值的最大优点是什么？

设计意图：实验4很好地衔接了连通器的知识点，能深度考查学生是否从本质上理解了连通器这一概念。同时，实验4也打通了液体压强与大气压强的隔阂，促进单元知识体系的构建。创设“真”情境，提出“真”问题，能够帮助学生实现深度理解，有效培养学生的知识运用能力和迁移能力。

【创设实验情境5】在物理学中，一般把具有流动性的液体和气体统称为流体。刚才回顾的液体内部压强和大气压都是流体静止时的压强。当液体和气体处于流动状态时，其压强又会怎样？如图7所示，把吸管A插在盛水的杯子中，另一根吸管B的管口靠在A管的上端开口处。根据流体压强与流速的关系推测：往B管中吹气，可以看到什么现象？为使现象更明显，杯中尽量装满红色水，A管上端开口处与烧杯中水的液面尽量保持在同一高度。

设计意图：气体和液体属于流体，具有流动性。在演示该实验过程中可以看到，红色的水从吸管中大量喷出，实验现象直观、明显，能让学生深刻感受和理解流体压强与流速的关系。同时，在现象解释环节，笔者巧妙地融入飞机升力产生原理的讲解，既起到对重点知识的复习作用，又有助于提升学生学以致用的能力。

3 教学反思

深度学习的发生高度依赖问题情境，高质量的问题情境能更有效地激活学生的深层动机，驱使学生切身体验和实现高阶思维，进而促进学生的深度理解和实践创生^［6］。中考总复习时间紧、任务重，很容易陷入浅层学习的死循环。特别是初中物理涉及电学、力学、热学、声学、光学等各个板块的知识，只强调知识的记忆而忽视能力的提升，很难培养学生的物理学科核心素养。在中考总复习阶段，课堂是提升学习成效的主阵地，提高课堂效率的关键在于激活学生的内驱力。通过设计实验仪器，创设崭新的实验情境，在新的情境中重现、巩固、提升所学知识，从视觉、听觉等方面刺激思维，促使学生全身心投入课堂复习中。通过一系列实验，搭建单元知识框架，引导学生形成知识脉络，最终促进实践创生。该单元创新开发的5个演示实验，视觉效果良好，其独特的创新性，很好地调动了学生的学习热情，课堂投入度较高。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育物理课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 李春密.深度学习：走向核心素养（学科教学指南·初中物理）［M］.北京：教育科学出版社，2020.

[3] 刘月霞，郭华.深度学习：走向核心素养（理论普及读本）［M］.北京：教育科学出版社，2018.

[4] 钟启泉.深度学习［M］.上海：华东师范大学出版社，2021.

[5] 李春密.义务教育课程标准（2022年版）课例式解读·初中物理［M］.北京：教育科学出版社，2022.

[6] 李松林，贺慧，张燕.深度学习设计：模板与示例［M］.成都：四川师范大学电子出版社，2020.

基金资助

广州市教育科学规划2024年度重点课题“基于深度学习的初中物理实验教学策略研究”(202315923)